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细胞如何获得它们的形状

洛桑大学马丁实验室的实验生物学家在教员索菲·马丁 (Sophie Martin) 的带领下,利用光来激活转基因裂变酵母细胞内的过程是其中一项研究。那里的团队成员在进行这样的实验时注意到,当某种蛋白质被引入细胞时,会从细胞生长区域中转移出来。因此,他们联系了利哈伊大学物理系 Vavylonis 小组的负责人Dimitrios Vavylonis,以找出原因。

“我们继续进行计算模拟,将细胞膜‘生长’与蛋白质运动结合起来,并对我们在与他们讨论后考虑的其他一些假设进行建模,”理论物理学家 Vavylonis 说。

这种多学科合作结合建模和实验来描述以前未知的生物过程。研究小组发现并描述了一种简单的酵母细胞用来获得其形状的新机制。他们在最新一期《科学进展》(DOI: 10.1126/sciadv.abg6718)的一篇名为“分泌诱导的质膜流动的细胞模式”的论文中描述了这些结果。

Vavylonis 说,当细胞移动或生长时,它们必须向这些生长区域添加新的膜。膜传递的过程称为胞吐作用。细胞还必须将这种膜输送到特定位置,以保持方向感——称为“极化”——或以协调的方式生长。

“我们证明这些过程是相互关联的:局部过量的胞吐作用导致一些附着在膜上的蛋白质移动('流动')离开生长区域,”Vavylonis 说。“这些移开的蛋白质标记了非生长的细胞区域,从而建立了一种自我维持的模式,从而产生了这些酵母细胞的管状形状。”

这是首次发现这种细胞图案形成机制——细胞在其表面获得空间不均匀性的过程。

Vavylonis 团队的模拟由博士后助理David Rutkowski带头,导致了 Martin 小组随后进行的实验测试。Vavylonis 和 Rutkowski 分析了实验结果,以确认他们在模拟中注意到的蛋白质分布与从活细胞实验中收集的数据相匹配。

该团队表示,这项工作可能对研究与细胞生长和膜运输相关过程的研究人员特别感兴趣,例如神经生物学家和研究癌细胞过程的研究人员。

“我们的工作表明,生物系统中的模式通常不是静态的,”Rutkowski 说。“模式通过涉及连续流动和周转的物理过程建立起来。”

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